DE102009040299A1 - Intake surface for rotor of turbo machine, particularly gas turbine, has profiled upper surface, which has multiple elongated, axially running recesses at distance from one another - Google Patents

Intake surface for rotor of turbo machine, particularly gas turbine, has profiled upper surface, which has multiple elongated, axially running recesses at distance from one another Download PDF

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Abstract

The intake surface (10) has a profiled upper surface (12), which has multiple elongated, axially running recesses (14) at a distance from one another. The intake surface has a base (18), which has recesses extended in axial direction differently into the intake surface. An independent claim is also included for a turbo machine, particularly gas turbine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Einlaufbelag eines Rotors einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine, sowie einer Strömungsmaschine mit einem Rotor, an dem mehrere Schaufeln angeordnet sind.The invention relates to an inlet lining of a rotor of a turbomachine, in particular a gas turbine, as well as a turbomachine with a rotor, on which a plurality of blades are arranged.

Aus dem Stand der Technik sind Einlaufbeläge für Rotoren von Strömungsmaschinen bekannt, die eine wabenförmige Struktur aufweisen, wobei die Waben ein relativ weiches, abtragbares Material beinhalten.In the prior art, inlet linings for turbomachine rotors are known which have a honeycomb structure, the honeycombs including a relatively soft, abradable material.

Ferner ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, den Einlaufbelag als kompakte Schicht ohne Wabenstruktur aufzubringen.Furthermore, it is known from the general state of the art to apply the inlet lining as a compact layer without a honeycomb structure.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Einlaufbelag eines Rotors einer Strömungsmaschine zu schaffen, der eine aerodynamische Optimierung der Strömungsmaschine ermöglicht, sowie eine Strömungsmaschine mit einem solchen Einlaufbelag.The object of the invention is to provide an inlet lining of a rotor of a turbomachine, which enables an aerodynamic optimization of the turbomachine, as well as a turbomachine with such inlet lining.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Einlaufbelag eines Rotors einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine, mit einer profilierten Oberfläche gelöst, die eine Mehrzahl von nebeneinanderliegenden, umfangsmäßig beabstandeten, langgestreckten, axial verlaufenden Vertiefungen aufweist.The object of the invention is achieved by an inlet lining of a rotor of a turbomachine, in particular a gas turbine, with a profiled surface having a plurality of adjacent, circumferentially spaced, elongated, axially extending recesses.

Ein solcher strukturierter Einlaufbelag mit voneinander beabstandeten Vertiefungen, die in axialer Richtung und somit senkrecht zur Umlaufrichtung des Rotors verlaufen, ermöglicht eine Verbesserung der strömungstechnischen Eigenschaften der Strömungsmaschine. Die Erstreckung wird durch die Längsachse der Vertiefungen definiert.Such a structured inlet lining with spaced apart recesses, which extend in the axial direction and thus perpendicular to the direction of rotation of the rotor, allows an improvement of the fluidic properties of the turbomachine. The extent is defined by the longitudinal axis of the recesses.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen zumindest einige der Vertiefungen einen Boden auf, der sich in Axialrichtung unterschiedlich tief, d. h. radial unterschiedlich weit, in den Einlaufbelag erstreckt. Die Struktur des Einlaufbelags wird dadurch auch in radialer Richtung verändert.According to a preferred embodiment, at least some of the recesses have a bottom which varies in depth in the axial direction, d. H. radially differently far, extends into the inlet lining. The structure of the inlet lining is thereby also changed in the radial direction.

Vorzugsweise verlaufen die Vertiefungen in Axialrichtung zunehmend radial nach innen, insbesondere linear. Auf diese Weise können die Vertiefungen des Einlaufbelags gut an strömungstechnisch optimierte Schaufelspitzen angepasst werden, die beispielsweise in Axialrichtung linear zunehmend radial nach innen verlaufen.The recesses preferably extend increasingly radially inwards in the axial direction, in particular linearly. In this way, the recesses of the inlet lining can be adapted well to aerodynamically optimized blade tips, which extend linearly increasingly radially inwards, for example, in the axial direction.

Es ist möglich, dass die Vertiefungen in axialer Richtung eine sich ändernde umfangsmäßige Breite haben. Dies ermöglicht eine Variation der Einlaufbelagsstruktur in Umfangsrichtung.It is possible that the depressions have a varying circumferential width in the axial direction. This allows a variation of the inlet lining structure in the circumferential direction.

Die Breite der Vertiefungen in Umfangsrichtung kann, gemessen in Axialrichtung, abnehmen, insbesondere linear abnehmen.The width of the recesses in the circumferential direction, measured in the axial direction, decrease, in particular decrease linearly.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Vertiefungen in axialer Richtung konisch und vorzugsweise spitz zu.According to a preferred embodiment, the depressions extend conically and preferably pointedly in the axial direction.

Alternativ kann die Breite der Vertiefungen, in Umfangsrichtung gemessen, zumindest im, bezogen auf die Axialrichtung, mittleren Abschnitt konstant sein.Alternatively, the width of the recesses, measured in the circumferential direction, may be constant at least in the middle section relative to the axial direction.

Vorzugsweise verlaufen die Seitenwände der Vertiefungen ausschließlich in axialer und/oder radialer Richtung. Auf diese Weise bleiben die aerodynamischen Eigenschaften der Vertiefungen auch bei Abtrag des Einlaufbelags im Wesentlichen erhalten.Preferably, the side walls of the recesses extend exclusively in the axial and / or radial direction. In this way, the aerodynamic properties of the wells are essentially retained even when the enamel lining is removed.

Die obige Aufgabe wird auch durch eine Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, gelöst, mit einem Rotor, an dem mehrere Schaufeln angeordnet sind, und einem oben beschriebenen Einlaufbelag, an dem die Schaufeln des Rotors anstreifen können.The above object is also achieved by a turbomachine, in particular a gas turbine, having a rotor on which a plurality of blades are arranged, and an inlet lining as described above, on which the blades of the rotor can rub against.

Vorzugsweise erstrecken sich die Vertiefungen in axialer Richtung über im Wesentlichen die gesamte axiale Länge der angrenzenden Schaufelspitzen des Rotors, um aerodynamisch auf den Rotor abgestimmt werden zu können.Preferably, the recesses extend in the axial direction over substantially the entire axial length of the adjacent blade tips of the rotor in order to be aerodynamically tuned to the rotor.

Die umfangsmäßige Breite der Vertiefungen kann größer sein als die größte Dicke der Schaufelspitze in Umfangsrichtung gemessen und/oder größer sein als der Abstand zwischen den Schaufelspitzen benachbarter Schaufeln des Rotors in Umfangsrichtung.The circumferential width of the recesses may be greater than the largest thickness of the blade tip measured in the circumferential direction and / or greater than the distance between the blade tips of adjacent blades of the rotor in the circumferential direction.

Vorzugsweise weisen die Schaufeln Schaufelspitzen auf, die, in Umfangsrichtung gesehen, in Axialrichtung zunehmend, insbesondere kontinuierlich, radial einwärts verlaufen.Preferably, the blades have blade tips which, seen in the circumferential direction, extend increasingly in the axial direction, in particular continuously, radially inwardly.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the following drawings, to which reference is made. In the drawings show:

1 eine perspektivische Ansicht eines Einlaufbelagsegments gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 a perspective view of a Einlaufbelagsegments according to a first embodiment of the invention;

2 eine Draufsicht auf den Einlaufbelag gemäß 1; 2 a plan view of the inlet lining according to 1 ;

3a–b eine Schnittansicht zweier verschiedener Einlaufbeläge gemäß 1 und der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine im Bereich der Rotorspitze; 3a B is a sectional view of two different inlet coverings according to 1 and the turbomachine according to the invention in the region of the rotor tip;

4 eine perspektivische Ansicht eines Einlaufbelagsegments gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 4 a perspective view of a Einlaufbelagsegments according to a second embodiment of the invention;

5 eine Draufsicht auf den Einlaufbelag gemäß 4; und 5 a plan view of the inlet lining according to 4 ; and

6a–b eine Schnittansicht zweier verschiedener Einlaufbeläge gemäß 4 und der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine im Bereich der Rotorspitze. 6a B is a sectional view of two different inlet coverings according to 4 and the turbomachine according to the invention in the region of the rotor tip.

1 und 2 zeigen ein Segment eines ringförmigen Einlaufbelags 10 eines Rotors einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine, mit einer profilierten Oberfläche 12. 1 and 2 show a segment of an annular inlet lining 10 a rotor of a turbomachine, in particular a gas turbine, with a profiled surface 12 ,

Die Oberfläche 12 weist eine Mehrzahl von nebeneinanderliegenden, umfangsmäßig beabstandeten, langgestreckten, axial verlaufenden Vertiefungen 14 auf. Die Hauptausbreitungsrichtung (Mittelachse) der Vertiefungen verläuft in axialer Richtung.The surface 12 has a plurality of adjacent, circumferentially spaced, elongate, axially extending recesses 14 on. The main propagation direction (central axis) of the recesses extends in the axial direction.

In der gezeigten Ausführungsform ist jede Vertiefung 14 spiegelsymmetrisch zu einer in axialer Richtung verlaufenden Symmetrieachse S.In the embodiment shown, each well is 14 mirror-symmetrical to an axis of symmetry S. extending in the axial direction.

Die Vertiefungen 14 haben in radialer und rein axialer Richtung verlaufende Seitenwände 16.The wells 14 have in the radial and purely axial direction extending side walls 16 ,

Der Boden 18 der Vertiefung 14 erstreckt sich in Abhängigkeit von der Axialrichtung unterschiedlich tief radial in den Einlaufbelag 10 (siehe 3a und 3b). Die Vertiefungen 14 verlaufen in Axialrichtung linear zunehmend radial nach innen.The floor 18 the depression 14 extends radially depending on the axial direction at different depths radially into the inlet lining 10 (please refer 3a and 3b ). The wells 14 extend in the axial direction linearly increasingly radially inward.

Die Breite der Vertiefungen 14 (in Umfangsrichtung gemessen) nimmt in einem ersten Abschnitt in Axialrichtung zu, verläuft in einem mittleren Abschnitt konstant, und nimmt in einem hinteren Abschnitt ab. In der gezeigten Ausführungsform ist der vordere und hintere Abschnitt jeweils halbkreisförmig.The width of the depressions 14 (Measured in the circumferential direction) increases in a first portion in the axial direction, is constant in a central portion, and decreases in a rear portion. In the embodiment shown, the front and rear portions are each semicircular.

In den 3a und 3b sind jeweils Schnittansichten des Einlaufbelags 10 und Schaufelspitzen 20 eines Rotors einer Strömungsmaschine gezeigt. Die Schaufelspitzen 20 des Rotors verlaufen in Umfangsrichtung gesehen in Axialrichtung zunehmend radial einwärts.In the 3a and 3b are each sectional views of the inlet lining 10 and shovel tips 20 a rotor of a turbomachine shown. The blade tips 20 of the rotor extending in the circumferential direction in the axial direction increasingly radially inwardly.

Bei Betrieb der Strömungsmaschine können die Schaufeln mit den Schaufelspitzen 20 des Rotors am Einlaufbelag 10 anstreifen. Die Vertiefungen 14 des Einlaufbelags 10 erstrecken sich in axialer Richtung über im Wesentlichen die gesamte axiale Länge der angrenzenden Schaufelspitzen 20 des Rotors.When operating the turbomachine, the blades with the blade tips 20 of the rotor at the inlet lining 10 rubbing. The wells 14 of the inlet lining 10 extend in the axial direction over substantially the entire axial length of the adjacent blade tips 20 of the rotor.

Die radiale Tiefe der Vertiefungen 14 ist so gewählt, dass der Boden 18 der Vertiefungen 14 in einem konstanten Abstand zu den Schaufelspitzen 20 der Rotorschaufeln, genauer gesagt zu deren radial äußeren Rand, verläuft, wie aus dem Schnitt in 3a oder 3b erkennbar ist.The radial depth of the depressions 14 is chosen so that the ground 18 the wells 14 at a constant distance to the blade tips 20 the rotor blades, more precisely to the radially outer edge, runs, as from the section in 3a or 3b is recognizable.

In 3a verläuft die profilierte Oberfläche 12 im Wesentlichen kreiszylindrisch, d. h. der Radius der Oberfläche 12 am axial vorderen Ende und am axial hinteren Ende ist außerhalb der Vertiefungen 14 im Wesentlichen gleich.In 3a runs the profiled surface 12 essentially circular-cylindrical, ie the radius of the surface 12 at the axially front end and at the axially rear end is outside the recesses 14 essentially the same.

In 3b verläuft die profilierte Oberfläche 12 dagegen in axialer Richtung zunehmend radial nach innen, d. h. der Radius der Oberfläche 12 ist am axial vorderen Ende größer als am axial hinteren Ende der Oberfläche 12, somit ergibt sich eine Kegelstumpfform für die Oberfläche 12 (die Vertiefungen 14 ausgenommen).In 3b runs the profiled surface 12 but in the axial direction increasingly radially inward, ie the radius of the surface 12 is greater at the axially forward end than at the axially rearward end of the surface 12 , thus resulting in a truncated cone shape for the surface 12 (the wells 14 except).

Die Vertiefungen 14 sind umfangsmäßig zueinander beabstandet. Die umfangsmäßige Breite einer Vertiefung 14 ist größer als die größte Dicke der Schaufelspitze 20 in Umfangsrichtung. Die Vertiefungen 14 erstrecken sich in axialer Richtung über im Wesentlichen die gesamte axiale Länge der angrenzenden Schaufelspitzen 20 des Rotors.The wells 14 are circumferentially spaced from each other. The circumferential width of a depression 14 is greater than the largest thickness of the blade tip 20 in the circumferential direction. The wells 14 extend in the axial direction over substantially the entire axial length of the adjacent blade tips 20 of the rotor.

Ringränder 22 verlaufen am axial vorderen und hinteren Ende des Einlaufbelags 10 entlang des gesamten Umfangs radial nach innen und überlappen die Schaufelspitzen 20 in radialer Richtung, um die Leckgasströmung zu verringern.ring edges 22 run at the axially front and rear end of the inlet lining 10 along the entire circumference radially inward and overlap the blade tips 20 in the radial direction to reduce the leakage gas flow.

In den 4 bis 6b ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Vertiefungen 14 verlaufen hier in axialer Richtung konisch. Am breiten Ende der Vertiefungen 14, in Axialrichtung vorne, erstreckt sich die jeweilige Vertiefung 14 radial am tiefsten in den Einlaufbelag 10. Die umfangsmäßige Breite der Vertiefung 14 ändert sich in axialer Richtung und nimmt linear ab. Die Vertiefung 14 läuft dabei spitz zu.In the 4 to 6b a second embodiment of the invention is shown. The wells 14 run conically here in the axial direction. At the broad end of the wells 14 , in front in the axial direction, the respective recess extends 14 radially lowest in the inlet lining 10 , The circumferential width of the depression 14 changes in the axial direction and decreases linearly. The depression 14 is running to pointy.

Auch die radiale Erstreckung des Bodens 18 der Vertiefung 14 nimmt in Axialrichtung linear ab.Also the radial extent of the soil 18 the depression 14 decreases linearly in the axial direction.

Die Vertiefungen 14 sind wiederum jeweils spiegelsymmetrisch zu einer in axialer Richtung verlaufenden Symmetrieachse S.The wells 14 are in turn each mirror-symmetrical to a running in the axial direction of symmetry S.

In der in den 6a und 6b gezeigten Schnittansicht entspricht der Einlaufbelag 10 dem in den 3a und 3b gezeigten Einlaufbelag 10 gemäß der ersten Ausführungsform.In the in the 6a and 6b shown sectional view corresponds to the inlet lining 10 in the 3a and 3b shown inlet lining 10 according to the first embodiment.

Im Folgenden wird die Funktion des Einlaufbelags 10 gemäß beider Ausführungsformen beschrieben.The following is the function of the inlet lining 10 described according to both embodiments.

Im Einlaufbetrieb der Strömungsmaschine streifen die Schaufelspitzen 20 der Schaufeln des Rotors am Einlaufbelag 10 an. Ein Teil des Einlaufbelags 10 wird dabei durch die Schaufelspitzen 20 abgetragen, wodurch sich ein optimaler Spalt zwischen Rotor und Einlaufbelag 10 der Strömungsmaschine einstellt. Die profilierte Oberfläche 12 mit den Vertiefungen 14 ermöglicht dabei eine aerodynamische Optimierung der Strömungsmaschine.In the intake operation of the turbomachine, the blade tips strike 20 the blades of the rotor at the inlet lining 10 at. Part of the inlet lining 10 is doing through the blade tips 20 removed, resulting in an optimal gap between the rotor and inlet lining 10 the turbomachine sets. The profiled surface 12 with the wells 14 allows an aerodynamic optimization of the turbomachine.

Durch die in radialer Richtung verlaufenden Seitenwände 16 bleiben die Proportionen der Vertiefungen und deren Abmessungen bei einem Abtrag von Material des Einlaufbelags 10 im Wesentlichen erhalten.Due to the running in the radial direction side walls 16 remain the proportions of the wells and their dimensions in a removal of material of the inlet lining 10 essentially preserved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Einlaufbelaginlet lining
1212
Oberflächesurface
1414
Vertiefungdeepening
1616
SeitenwandSide wall
1818
Bodenground
2020
Schaufelspitzeblade tip
2222
Ringrandannular rim
SS
Symmetrieachseaxis of symmetry

Claims (12)

Einlaufbelag (10) eines Rotors einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine, mit einer profilierten Oberfläche (12), die eine Mehrzahl von nebeneinanderliegenden, umfangsmäßig beabstandeten, langgestreckten, axial verlaufenden Vertiefungen (14) aufweist.Inlet lining ( 10 ) of a rotor of a turbomachine, in particular a gas turbine, with a profiled surface ( 12 ) having a plurality of juxtaposed, circumferentially spaced, elongate, axially extending depressions ( 14 ) having. Einlaufbelag (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Vertiefungen (14) einen Boden (18) aufweisen, der sich in Axialrichtung unterschiedlich tief radial in den Einlaufbelag (10) erstreckt.Inlet lining ( 10 ) according to claim 1, characterized in that at least some of the depressions ( 14 ) a floor ( 18 ), which in the axial direction at different depths radially into the inlet lining ( 10 ). Einlaufbelag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (14) in Axialrichtung zunehmend radial nach innen verlaufen, insbesondere linear.Inlet lining ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions ( 14 ) in the axial direction increasingly radially inwardly, in particular linear. Einlaufbelag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (14) in axialer Richtung eine sich ändernde umfangsmäßige Breite haben.Inlet lining ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions ( 14 ) in the axial direction have a varying circumferential width. Einlaufbelag (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Vertiefungen (14), in Umfangsrichtung gemessen, in Axialrichtung abnimmt, insbesondere linear abnimmt.Inlet lining ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the width of the depressions ( 14 ), measured in the circumferential direction, decreases in the axial direction, in particular decreases linearly. Einlaufbelag (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (14) in axialer Richtung konisch und vorzugsweise spitz zulaufen.Inlet lining ( 10 ) according to claim 5, characterized in that the depressions ( 14 ) in the axial direction conical and preferably tapered. Einlaufbelag (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Vertiefungen (14), in Umfangsrichtung gemessen, in Axialrichtung zumindest im mittleren Abschnitt konstant ist.Inlet lining ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the width of the recesses ( 14 ), measured in the circumferential direction, is constant in the axial direction at least in the middle section. Einlaufbelag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (16) der Vertiefungen (14) ausschließlich in axialer Richtung verlaufen.Inlet lining ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the side walls ( 16 ) of the depressions ( 14 ) extend exclusively in the axial direction. Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, mit einem Rotor, an dem mehrere Schaufeln angeordnet sind, und einem Einlaufbelag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, an dem die Schaufeln des Rotors anstreifen können.Turbomachine, in particular gas turbine, with a rotor, on which a plurality of blades are arranged, and an inlet lining (US Pat. 10 ) according to one of the preceding claims, on which the blades of the rotor can rub against. Strömungsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefungen (14) in axialer Richtung über im Wesentlichen die gesamte axiale Länge der angrenzenden Schaufelspitzen (20) des Rotors erstrecken.Flow machine according to claim 9, characterized in that the recesses ( 14 ) in the axial direction over substantially the entire axial length of the adjacent blade tips ( 20 ) of the rotor. Strömungsmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die umfangsmäßige Breite der Vertiefungen (14) größer ist als die größte Dicke der Schaufelspitze (20) in Umfangsrichtung und/oder größer ist als der Abstand zwischen den Schaufelspitzen (20) benachbarter Schaufeln des Rotors in Umfangsrichtung.Turbomachine according to claim 9 or 10, characterized in that the circumferential width of the recesses ( 14 ) is greater than the largest thickness of the blade tip ( 20 ) in the circumferential direction and / or greater than the distance between the blade tips ( 20 ) of adjacent blades of the rotor in the circumferential direction. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln Schaufelspitzen (20) aufweisen, die, in Umfangsrichtung gesehen, in Axialrichtung zunehmend, insbesondere kontinuierlich, radial einwärts verlaufen.Turbomachine according to one of claims 9 to 11, characterized in that the blades blade tips ( 20 ), which, viewed in the circumferential direction, extend in the axial direction increasingly, in particular continuously, radially inwardly.
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